标签：计算机系统操作系统系统程序用户软件概论

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一、操作系统的概念

计算机操作系统定义：

计算机系统是计算机硬件、软件以及周边设备的整体，用于完成各种信息处理任务的机器系统。

计算机系统的分类：

计算机系统广义上分为：机械系统和电子式系统（电子系系统又分为：数字式、模拟式）

计算机系统的层次结构:

计算机系统由硬件资源和软件资源组成

硬件资源：

CPU
I/O设备
内存储器
外存储器

软件资源：

系统软件：操作系统、编译软件。

定义：它们不直接为用户提供服务，而是为其他软件和硬件提供底层支持和管理功能。

支撑软件：数据库系统、网络系统、虚拟机。

定义：它们是可以支撑和增强其他软件或系统的软件。

应用软件：办公软件、图形图像软件、游戏软件等。

定义：为用户提供特定功能的服务和软件。

操作系统的定义

操作系统是一种控制和管理计算机硬件和软件的程序集合。

操作系统作为计算机系统的核心软件，负责协调、管理和控制计算机系统合理的使用硬件资源

操作系统提供用户和应用程序与计算机之间的接口，使得用户和应用程序能够有效的使用计算机的各种资源

操作系统的特征

并发性：
计算机系统同时存在若干个运行的程序，从宏观的角度看，这些程序是同时运行的，从微观的角度看它们异步运行的（由CPU交替运行）。

共享性：
计算机系统多个进程可以在同一时间共享CPU、内存、文件等系统资源使它们看起来像是独占这些资源一样。又分为互斥共享形式和同时访问形式。

互斥共享形式（当资源被程序A占用时,其他想使用的话只能等待，只有进程A使用完以后,其他进程才可以使用该资源）
同时访问形式（某种资源在一段时间内并发地被多个程序访问，这种“同时”是宏观的,从宏观去看该资源可以被同时访问）

虚拟性（考研有）：
操作系统可以为不同的应用程序和进程提供虚拟化的资源。

异步性：
程序执行中的事件或操作在时间上独立的，即程序不需要等待某个事件或操作的完成。

研究操作系统的观点

软件的观点：操作系统是一种大型系统软件，它是多功能程序的集合，有两种特性：内在特性和外在特性。

内在特性：与硬件交互
外在特性：接口（API）

资源管理的观点：操作系统负责登记谁在使用资源，系统还有哪些资源是空闲的，当前响应了谁对资源的要求，以及回收了哪些不在使用的资源等情况。
进程的观点：操作系统看做多个可以独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心

侧重于分析操作系统各部分的并行工作，研究处理各项管理任务和分割这些管理任务相互之间的关系

虚拟机的观点：装有操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能，给用户提供了一个友好的、易于操作的界面，对用户来说，好像是一个扩展了的机器，即一台虚拟机器。
服务提供者的观点：为用户提供各项服务;从负责开发的程序员角度来分析，其为用户提供了登录的界面或者是接口;又或者从设计人员的角度看，它也是各个模块和单元之间的联系者。

操作系统的功能

1.进程管理：
它是对CPU(中央处理器的管理）也可以称为处理机管理；把多个程序同时放入内存，如果一个程序因为等待某一个条件不能运行，就把处理机专用权转交给另一个程序运行。

进程管理主要包括 1.进程控制 2.进程同步 3.进程通信 4.进程调度等几方面

2.存储管理：
主要任务是管理计算机内存的资源；具体包括内存的：

内存的分配和回收
存储保护
内存扩充

3.文件管理：
有效的支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题，以便用户方便、安全地访问文件

4.设备管理：
对计算机中除了处理器和内存以外的所有I/O（输入/输出）设备的管理

5.用户接口：
为用户提供一个使用操作系统良好的环境，使用户能有效的组织自己的工作流程，并使整个操作系统高效运行

除此之外，操作系统还要具备中断处理、错误处理等功能。操作系统的各功能之间并非是完全独立的，它们之间存在着互相依赖的关系。

二、操作系统的体系结构

windows系统体系结构

1.硬件抽象层HAL

2.内核

3.执行体

4大量的子系统集合

UNIX系统体系结构

1.硬件

2.内核

3.系统调用接口

4.应用程序

Linux系统体系结构

1.内核

2.Shell

3.文件系统

4用户应用程序

Android系统体系就够

1.应用程序层

2.应用框架层

3.系统运行库

4.Linux内核

三、操作系统的发展

1.手动操作

2.监控程序（早期批处理）

3.批处理系统

4.分时系统

5.实时系统

6.UNIX通用系统

7.个人计算机操作系统

8.Android操作系统

四、操作系统的分类

操作系统按用户使用环境和功能特征的不同，一般可以吧操作系统分为三种基本类型：

处理系统
分时系统
.实时系统

随着计算机体系结构的发展，又出现了许多类型的操作系统：

个人操作系统
分布式操作系统
网络操作系统
Android操作系统

五、设计操作系统

操作系统设计中困难点

在设计操作系统的过程中主要的困难就是：设计复杂程度高、正确性难以保证和研制周期长等问题

操作系统设计过程

操作系统的设计过程：

功能设计：根据系统的设计目标和使用要求，确定所设计的操作系统应具备哪些功能及操作系统的类型
算法设计：根据计算机的性能和操作系统的功能，来选择和设计满足系统功能的算法和策略、并分析和估算其效能
结构设计：按照操作系统的功能和特性要求，选择核实的结构，使用相应结构设计方法将系统逐步地分解、抽象和综合，使操作系统结构清晰、简明、可靠、易读、易修改，且使用方便，适应性强

操作系统设计的目标

一个高质量的操作系统应具有可靠性（正确性和健壮性）、高效性、易维护性（易读性、易扩充性、易裁剪性）、可移植性、安全性、和简明性等特征。

软件的研究对象关系

软件结构研究的对象是组成软件各部分划分的原则以及它们之间的关系，即软件的构成法则和组合方法

操作系统的结构

整体式结构

这种操作系统的结构称之为模块组合结构。

优点：

结构紧密，接口简单直接，系统效率高

缺点：

模块之间转换随便，各模块互相牵连独立性差，系统结构不清晰。
数据基本上作为全程量处理，系统内所有模块的任一程序均可对其进行存取和修改
由于模块组合结构常以大型表格为中心，为保证数据完整性，往往采用全局封中断办法，从而限制了系统的并发性，系统中实际存在的并发生也未能抽象出明确概念，缺乏规格的描述方法

所以这种结构可适应性比较差

层次式结构

就是把操作系统的所有功能模块，按功能流程的调用次序，分别将这些模块排列若干层，各层之间的模块只能单向依赖或单向调用关系。

微内核（客户/服务器）结构

优点：

它将系统分成若干小的并自包含的分支（服务进程），每个分支运行在独立的用户进程中，互相之间通过规范一致的方式接收发送信息而联系起来。
缺陷：
主要是对效率的考虑

未完续待

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操作系统概论